Журналы →  Цветные металлы →  2023 →  №12 →  Назад

Обогащение
Название Особенности процесса измельчения частиц литий-кобальтовых аккумуляторов в мельницах и дезинтеграторах и его влияние на интенсификацию процесса выщелачивания
DOI 10.17580/tsm.2023.12.01
Автор Назаров В. И., Макаренков Д. А., Афлятунова Г. Р., Попов А. П.
Информация об авторе

НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия1 ; МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия2

В. И. Назаров, заместитель начальника отдела1, доцент кафедры «Процессы и аппараты химических технологий»2, канд. техн. наук, эл. почта: nazarov_vi41@mail.ru


НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия1; Московский политехнический университет, Москва, Россия2

Д. А. Макаренков, первый заместитель руководителя Курчатовского комплекса химических исследований (ИРЕА) по научной работе1, доцент кафедры «Процессы и аппараты химических технологий»2, докт. техн. наук, эл. почта: makarenkovd@mail.ru


НИЦ «Курчатовский институт», Москва, Россия

Г. Р. Афлятунова, лаборант-исследователь, эл. почта: guzel.aflyatunova13@yandex.ru
А. П. Попов, научный сотрудник, аспирант, эл. почта: schrei6@yandex.ru

Реферат

В настоящее время широкое применение литий-ионных химических источников тока в разных электронных устройствах приводит к образованию больших объемов отходов в виде отработанных аккумуляторов. Приведена разработанная в НИЦ «Курчатовский институт» комплексная технология переработки литий-кобальтовых источников тока (ЛКИТ), включающая стадии разрядки, механической обработки (вскрытие, дезинтеграцию и измельчение), выщелачивания и экстракции/химического осаждения с получением целевого таблетированного продукта. Проведена сравнительная оценка эффективности измельчительных устройств: шаровой мельницы и дезинтегратора при получении механоактивированных порошков ЛКИТ. Определены параметры измельченных и механоактивированных порошков: гранулометрический состав, средний эквивалентный диаметр и удельная поверхность частиц. Качество измельчения предложено оценивать по максимальному, минимальному и среднему эквивалентному диаметрам частиц. Для описания механоактивации в процессах переработки ЛКИТ использовано представление о неоднородном марковском процессе рождения частиц. Предложены уравнения кинетики измельчения, описывающие изменения среднего диаметра и удельной поверхности частиц в процессе механоактивации в зависимости от времени измельчения и приведены теоретические и экспериментальные графические зависимости. Определены параметры уравнения кинетики измельчения. При исследовании процессов выщелачивания выявлено, что предварительная механоактивация частиц ЛКИТ позволяет повысить выход целевых продуктов (Li, Co) в среднем на 20 %.
Работа выполнена в рамках научного гранта Российского научного фонда (РНФ) № 21-19-00403 «Исследование процессов механохимической деструкции катодных материалов при извлечении кобальта и его соединений».

Аналитические исследования выполнены с использованием научного оборудования ЦКП «Исследовательский химико-аналитический центр НИЦ «Курчатовский институт».
Авторы выражают благодарность специалисту НИЦ «Курчатовский институт» Н. А. Кузнецовой за научную и консультативную помощь, а также за существенный вклад в проведенные эксперименты и анализ полученных результатов.

Ключевые слова Литий-кобальтовые источники тока, комплексная технология утилизации, литий, кобальт, измельчение, шаровая мельница, дезинтегратор, механоактивация, диаметр частиц, удельная поверхность, уравнение кинетики измельчения, выщелачивание
Библиографический список

1. Lander L., Cleaver T., Rajaeifar M. A., Nguyen-Tien V. et al. Financial viability of electric vehicle lithium-ion battery recycling // Science. 2021. Vol. 24, Iss. 7. 102787.
2. Chagnes A., Pospiech B. A brief review on hydrometallurgical technologies for recycling spent lithium-ion batteries // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013. Vol. 88. P. 1191–1199.
3. Aral H., Vecchio-Sadus A. Toxicity of lithium to humans and the environment—a literature review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2008. Vol. 70. P. 349–356.
4. Guan J., Li Y., Guo Y., Su R. et al. Mechanochemical Process Enhanced Cobalt and lithium recycling from wasted lithium-ion batteries // ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 2016. Vol. 5, Iss. 1. P. 1026–1032.
5. Yang Yongxia, Xiaohong Zheng, Hongbin Cao, Chunlong Zhao et al. A closed-loop process for selective metal recovery from spent lithium iron phosphate batteries through mechanochemical activation // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017. Vol. 5, Iss. 11. P. 9972–9980.
6. Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды. — М. : Наука, 1979. — 384 с.
7. Хинт И. А. Основы производства силикацитных изделий. — М. – Л. : Cтройиздат, 1962. — 636 с.
8. Прокопец В. С., Иванова Т. Л. Математическая модель эффективности механоактивационных процессов в строительных материалах // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. № 8. С. 71–73.
9. Назаров В. И., Ретивов В. М., Гонопольский А. М., Макаренков Д. А. и др. Исследование технологии утилизации комплексных литий-кобальтовых источников тока с использованием совмещенных процессов механической обработки, выщелачивания и экстракции // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26, № 5. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-5-10-16
10. Семикопенко И. А., Воронов В. П., Беляев Д. А. Описание процесса движения частицы материала в междурядном пространстве дезинтегратора с изменяющимся междурядным расстоянием // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2020. № 8. С. 96–100. DOI: 10.34031/2071-7318-2020-5-8-96-100
11. Качаев А. Е., Севостьянов В. С. Расчет траектории и скорости движения частицы измельчаемого материала на поверхности рабочего элемента дезинтегратора // Вестник БГТУ им В. Г. Шухова. 2012. № 2. С. 56–59.
12. Андреев С. Е., Товаров В. В., Перов В. А. Закономерности измельчения и исчисление характеристик грануло метрического состава. — М. : Гос. науч.-тех. изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1959. — 438 с.
13. Макаренков Д. А., Назаров В. И. Техника и технология гранулирования многокомпонентных полидисперсных материалов с использованием совмещенных процессов их подготовки : монография. — М. : ИНФРА-М, 2023. — 297 с.
14. ГОСТ 25699.2–90. Углерод технический для производства резины. Методы определения удельной внешней поверхности. — Введ. 01.07.1991.

Language of full-text русский
Полный текст статьи Получить
Назад